FR2866405A1 - Toothed plate for driving chain, has oval toothed shape obtained by connecting toothed arc segments on circular plates whose primitive diameters correspond to that of circular arcs which make up oval teeth - Google Patents
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Abstract
Description
2866405 12866405 1
La présente invention concerne la modification d'un élément de la cinématique du système de transformation du travail fourni sur tous les engins mûs à l'aide de manivelles ou de pédales entraînant une chaîne par l'intermédiaire d'un plateau denté en particulier sur les cycles. The present invention relates to the modification of an element of the kinematics of the work transformation system provided on all the gear moved by means of cranks or pedals driving a chain via a gear tray, in particular on the cycles.
Il est notoire que sur les cycles,dans leur configuration actuelle,le travail fourni par la jambe sur la pédale lorsque la manivelle est en position haute nécessite un effort très important pour transformer le mouvement de poussée en mouvement de rotation du plateau denté qui engrèn_ ne la chaîne entraînant la roue motrice. It is well known that in cycles, in their present configuration, the work done by the leg on the pedal when the crank is in the high position requires a very great effort to transform the thrust movement into a rotational movement of the toothed plate which meshes with the chain driving the driving wheel.
Schématiquement,la cinématique de la transformation du mouvement alternatif des jambes actionnant les pédales en mouvement de rotation du plateau denté qui est traditionnel- lement circulaire,est comparable à celle du système pistonbielle- manivelle de vilebrequin appliqué sur les moteurs à explosion. Schematically, the kinematics of the transformation of the reciprocating movement of the legs operating the pedals into the rotation movement of the toothed plate, which is traditionally circular, is comparable to that of the piston-crank-crank system applied to the combustion engines.
A la position haute de la pédale en début de pédalage, correspondant au "Point Mort Haut"(P.M.H.) du moteur au mo- ment où se produit l'explosion,pour un effort fourni extrème ment important,sa transformation ne permet d'obtenir qu'un "couple-moteur" proportionnellement très faible. At the top position of the pedal at the start of pedaling, corresponding to the "Top Dead Point" (PMH) of the engine at the moment when the explosion occurs, for an extremely important effort provided, its transformation does not make it possible to obtain that a "motor torque" proportionally very low.
Au fur et à mesure de la descente de la jambe,le "couple moteur"résultant augmente et devient important puis maximum lorsque la direction de la poussée de la jambe passe tangentiellement au cercle décrit par la pédale vers la fin du premier quart de tour du pédalage, puis diminue progressive-ment pour devenir nul à la fin du premier demi tour du pédalage, c'est à dire à son "Point Mort Bas"(P.M.B). As the leg descends, the resulting "engine torque" increases and becomes large then maximum when the direction of the thrust of the leg passes tangentially to the circle described by the pedal towards the end of the first quarter turn of the leg. pedaling, then gradually decreases to become zero at the end of the first half lap of pedaling, that is to say its "Dead Point Low" (PMB).
Un diagramme de la force nécessaire fournie par la jambe établi en fonction de la position angulaire de la manivelle de pédale montre que pour obtenir un "couple-moteur"quelconque mais constant sur le plateau de pédalier,la force à éxercer sur la pédale au cours des dix premiers degrés de rota- tion du pédalier est plus de quinze fois supérieure à celle nécessaire en fin du premier quart de tour de pédalage. Seule la courbe de l'intensité de la force nécessaire en fonction des angles de rotation du pédalier figure dans le graphique (Fig.1)et révèle que le secteur angulaire efficace se situe entre les 30 et 140 premiers degrés du pédalage. A diagram of the force required provided by the leg established according to the angular position of the pedal crank shows that to obtain any "torque-motor" but constant on the bottom plate, the force to exert on the pedal during the first ten degrees of pedal rotation is more than fifteen times higher than that required at the end of the first quarter of a pedaling lap. Only the curve of the intensity of the force required according to the angles of rotation of the pedals is shown in the graph (Fig.1) and reveals that the effective angular sector is between the first 30 and 140 degrees of pedaling.
2866405 -2- Le second demi-tour de pédalage correspondant à la remon_ tée de la pédale vers le P.M.H.ne génère aucun couple moteur mais par contre engendre une fatigue inutile de la jambe pendant que l'autre jambe amorce le travail de poussée violente sur la pédale opposée. 2866405 -2- The second half-pedaling turn corresponding to the upward movement of the pedal to the PMHne generates no motor torque but on the other hand generates unnecessary fatigue of the leg while the other leg starts the work of violent thrust on the opposite pedal.
Pratiquement,le couple-moteur appliqué sur le pédalier ne peut être que irrégulier et exercé par à-coups violents. In practice, the engine torque applied to the crankset can only be irregular and exerted by violent jolts.
Pour atténuer la fatigue excessive due au travail des jambes fourni par àcoups violents et irréguliers,il est devenu de plus en plus courant de démultiplier l'intensité des efforts nécessaires en multipliant le nombre de rapports de vitesses,ce qui a pour conséquence négative,en augmentant le nombre de tours de pédales d'augmenter d'autant le moulinage inutile des jambes dans le secteur nul de pédalage et d'accroître une fatigue déja importante. To reduce excessive fatigue due to leg work provided by violent and irregular cuts, it has become more and more common to multiply the intensity of the efforts required by multiplying the number of gear ratios, which has the negative consequence increasing the number of pedal turns to increase all the useless wheeling of the legs in the zero sector of pedaling and increase a fatigue already important.
La solution, idéale mais impossible,serait de disposer de deux plateaux de diamètres différents dans le même tour de pédalage et d'utiliser alternativement le plateau de petit diamètre (1)Fig.2, dans le secteur du P.M.H. en début de pédalage,puis celui de diamètre plus grand (2)Fig.3 dans le secteur le plus efficace. The solution, ideal but impossible, would be to have two trays of different diameters in the same pedaling turn and alternatively use the small diameter plate (1) Fig.2, in the area of P.M.H. at the beginning of pedaling, then that of larger diameter (2) Fig.3 in the most efficient sector.
La présente invention a donc pour but de diminuer la somme de ces fatigues en réduisant l'intensité des efforts violents du début de pédalage pour franchir le P.M.H.et de mieux répartir le travail de poussée dans la portion efficace du pédalage,c'est à dire vers le premier quart de tour de rotation du pédalier. The present invention therefore aims to reduce the sum of these fatigues by reducing the intensity of the violent efforts of the beginning of pedaling to cross the PMH and better distribute the thrust work in the effective portion of the pedaling, that is to say towards the first quarter turn of rotation of the pedal.
Pour parvenir à ce but cette invention consiste à modifier la cinématique du système de transformation du mouve- ment en modifiant de façon évolutive,pendant la rotation du pédalier,le rapport (X) entre la longueur(L)de manivelle(3) de pédale et le rayon (R) du plateau denté.(X=L/R). Fig2 et Fig3, de sorte que ce rapport soit le plus grand lors de l'engrènement de la dent(4)du plateau qui attaque la chaîne (5)au moment du passage au P.M.H., et soit le plus petit dans le quart de tour suivant,c'est à dire au passage du secteur de grande efficacité; La longueur de la manivelle ne pouvant que rester constante, seul le rayon du plateau denté peut être rendu variable.Le remplacement du plateau denté 2866405 -3- circulaire par un plateau denté de forme OVALIQUE doit per-mettre d'obtenir le résultat recherché. To achieve this object, this invention consists in modifying the kinematics of the motion transformation system by changing progressively, during the rotation of the pedal, the ratio (X) between the length (L) of the pedal crank (3). and the radius (R) of the toothed plate (X = L / R). Fig2 and Fig3, so that this ratio is the largest when meshing the tooth (4) of the plate that attacks the chain (5) at the time of change to the PMH, and is the smallest in the quarter turn next, that is to say the passage of the sector of high efficiency; The length of the crank can only remain constant, only the radius of the toothed plate can be made variable.The replacement of the circular plate 2866405 -3- circular by a toothed tray of OVALIQUE form must achieve the desired result.
L'ovale à utiliser pour la conception de ce plateau est dit de "dessin" ou "ovalique".C'est une courbe convexe fer- mée,qui n'est pas elliptique,qui n'a pas de formule ou équation mathématique mais qui s'obtient par un tracé dont les principes sont géométriquement démontrés. The oval to be used for the design of this tray is called "drawing" or "oval". It is a closed convex curve, which is not elliptical, which has no formula or mathematical equation but which is obtained by a route whose principles are geometrically demonstrated.
La courbe, formée par le raccordement de quatre arcs de cercles égaux et opposés deux à deux est la seule, autre que le cercle, qui présente les caractéristiques nécessaires et indispensables pour répondre parfaitement à la résolution mécanique et industrielle du problème posé. The curve, formed by the connection of four arcs of circles equal and opposite two by two is the only one, other than the circle, which presents the necessary and indispensable characteristics to answer perfectly to the mechanical and industrial resolution of the problem posed.
Ses caractéristiques permettent de l'assimiler à la périphérie primitive d'une denture de plateau denté de forme ova- lique comparativement au cercle primitif d'un plateau denté circulaire comportant le même nombre de dents d'un même pas circonférentiel donc de même module. Its characteristics make it possible to assimilate it to the original periphery of an oval shaped toothed tooth formation compared to the original circle of a circular toothed plate having the same number of teeth of the same circumferential pitch, therefore of the same modulus.
Cette courbe ovalique Fig.6,s'obtient selon la méthode suivante établie classiquement: _ le grand axe A-A' de l'ovale étant fixé,on le partage en trois segments égaux: (A-O)=(O-0')=(O'-A'). This oval curve Fig.6, is obtained according to the following conventionally established method: the main axis AA 'of the oval being fixed, it is divided into three equal segments: (AO) = (O-O') = ( O'-A ').
des points O et O'comme centres et avec (O-A)égal(O'-A') comme rayons,on décrit des arcs de cercles qui se rencontrent en B et B'. points O and O'as centers and with (O-A) equal (O'-A ') as radii, we describe arcs of circles which meet in B and B'.
_ on joint B-O que l'on prolonge en C sur le premier arc puis B-O'que l'on prolonge en C'sur le second arc,puis B'O D et B'O'D' . _des points B et B'comme centres et avec (B-C)et(B'-D')comme rayons qui correspondent aux diamètres D B'etD'B'des deux premiers arcs C.A.D.et C'. A'.D'.on trace les arcs de cercles D.D'et C.C'. We join B-O, which is prolonged in C on the first arc, then B-O'que, which is prolonged in C on the second arc, then B'O D and B'O'D '. _de points B and B'as centers and with (B-C) and (B'-D ') as spokes that correspond to the diameters D B'andD'B'des two first arcs C.A.D.et C'. A'.D..on draw the arcs of circles D.D'and C.C '.
la droite joignant B.B'.coupe l'arc D.D'.en E et l'arc C.C'en E'. Le segment E.E'est médian du segment A.A' en F. Les quatre arcs C.A D.,D.E. D',D'A'C'et C'E'C.se joignent et se raccordent parfaitement en D,D',C'et C qui sont respectivement les points de tangence communs aux quatre arcs qui constituent la courbe ovalique recherchée. the line joining B.B'.coupe the arc D.D'.en E and arc C.C'en E '. The segment E.E is median of the segment A.A 'in F. The four arcs C.A D., D.E. D ', D'A'C'and C'E'C.se join and connect perfectly in D, D', C'and C which are respectively the points of tangency common to the four arcs which constitute the desired oval curve.
Dans ce cas précis de la construction de cette courbe le triangle O.B. O'est équilatéral car(O.B.)=(O'B)=(O.O') d'où: 40, les angles C.B.C' et D. B'D' font 60 . .../... In this case of the construction of this curve the triangle O.B. It is equilateral because (O.B.) = (O'B) = (O.O ') where: 40, the angles C.B.C' and D. B'D 'make 60. ... / ...
2866405 -4- les angles C.O.D. et C'O'D' font 120 . 2866405 -4- angles C.O.D. and C'O'D 'are 120.
Compte tenu du fait que les rayons des arcs D.E.D' et C.E.C'.sont les diamètres des arcs C.A.D.et D'A'C',les quatre arcs sont de longueur égale. Given the fact that the radii of the arches D.E.D 'and C.E.C' are the diameters of arcs C.A.D.et D'A'C ', the four arcs are of equal length.
Les propriétés particulières à cette courbe,telle qu'elle est obtenue sont que: le segment A.A'est le grand axe de symétrie et E.E'le petit axe de symétrie. Ils sont réciproquement médiateurs à leur intersection au point F. Cepoint F.est le centre de la courbe à la quelle il permet une rotation autour de lui même toute autre droite que les axes passant par ce point F. partage la périphérie de l'ovale en deux parties non symétriques mais de longueurs égales et constantes. The properties peculiar to this curve, as it is obtained, are that: the segment A.A is the great axis of symmetry and E.E'le the small axis of symmetry. They are reciprocally mediators at their intersection at point F. Cepoint F. is the center of the curve to which it allows a rotation around itself even any other straight that the axes passing through this point F. divides the periphery of the oval in two parts not symmetrical but of equal and constant lengths.
les points de centres des quatre arcs sont inscrits dans 15 la surface intérieure de la courbe et peuvent servir de repères-pilotes pour tout usinage du plateau denté. the center points of the four arcs are inscribed in the inner surface of the curve and may serve as pilot marks for any machining of the toothed plate.
Les caractéristiques géométriques de la courbe autorisent bien de l'assimiler à la périphérie primitive de la denture d'un plateau denté de forme ovalique comparativement au cer- cle primitif d'un plateau denté circulaire. The geometric characteristics of the curve make it possible to assimilate it to the original periphery of the toothing of an oval-shaped toothed plateau compared to the original circle of a circular toothed plateau.
Cette assimilation permet ainsi de réaliser une denture avec un module constant sur toute la périphérie du plateau et avec un profil de dent propre à chacun des arcs,égaux et opposés deux à deux,dont l'usinage est facilité par la pré- sence des points de centres inscrits sur les axes de symétrie à l'intérieur de l'ovale. This assimilation thus makes it possible to produce a toothing with a constant modulus throughout the periphery of the plate and with a tooth profile specific to each of the arcs, equal and opposite in pairs, the machining of which is facilitated by the presence of the points. of centers inscribed on the axes of symmetry inside the oval.
Par les caractéristiques géométriques satisfaisantes de l'ovale,la création de plateaux ovaliques dentés doit résoudre les problèmes posés par les plateaux dentés circulaires. Due to the satisfactory geometric characteristics of the oval, the creation of toothed oval plates must solve the problems posed by the circular toothed plates.
Pour confirmer matériellement la faisabilité et les avantages de cette nouvelle conception de plateau denté de forme ovalique,un plateau de trente deux dents a été réalisé. Ce plateau est représenté seul(7) à l'échelle 1 avec sa périphérie primitive(8)Fig.7 puis comparativement avec,en pointillé un plateau circulaire également de trente deux dents(9) et leurs cercles primitifs respectifs (8) et (10) Fig.8. To confirm materially the feasibility and the advantages of this new design of oval-shaped toothed plateau, a plateau of thirty two teeth was realized. This plate is represented alone (7) at scale 1 with its primitive periphery (8) Fig.7 and comparatively with, in dotted line, a circular plate also of thirty two teeth (9) and their respective primitive circles (8) and ( 10) Fig.8.
Ce plateau a été réalisé en raccordant sur un support lui même ovalique, des segments d'arcs dentés prélevés sur des plateaux circulaires dont les diamètres primitifs correspon- dent à ceux des arcs de cercles qui composent la denture ovalique recherchée_ Les quatre arcs de cercles devant constituer le plateau étant de même longueur,chacun doit comporter le même nombre de dents, c'est à dire 32:4 = 8 dents: les deux secteurs de 120 qui comportent 8 dents proviennent d'un plateau circulaire de (8x360 ):120 = 24 dents. This plate was made by connecting on a support itself oval, segments of toothed arches taken on circular trays whose primitive diameters correspond to those of the arcs of circles which make up the desired oval toothing_ The four arcs of circles in front to constitute the plate being of the same length, each one must comprise the same number of teeth, ie 32: 4 = 8 teeth: the two sectors of 120 which comprise 8 teeth come from a circular plate of (8x360): 120 = 24 teeth.
les deux secteurs de 60 qui comportent aussi 8 dents pro viennent d'un plateau circulaire de (8x360 ):60 = 48 dents. the two sectors of 60 which also include 8 teeth pro come from a circular plate of (8x360): 60 = 48 teeth.
Ce plateau a été fixé sur l'axe de pédalier en alignant le petit axe E.E' de l'ovale parallèlement avec la manivelle de pédale,de sorte que le rapport(ou quotient) X'= R; soit le plus grand possible et que le grand axe A.A'soit perpendiculaire à la manivelle pour que le rapport(ou quotient) X" = R soit le plus petit possible. This plate was fixed on the bottom bracket axis by aligning the minor axis E.E 'of the oval parallel to the pedal crank, so that the ratio (or quotient) X' = R; as large as possible and that the major axis A.A'is perpendicular to the crank so that the ratio (or quotient) X "= R is as small as possible.
L'essai du cycle équipé du plateau denté ovalique(7)jumelé sur le même axe de pédalier avec un plateau denté circulaire(9)également de 32 dents a confirmé par comparaison entre les deux plateaux une forte diminution de l'effort au passage du P.M.H. du pédalage sans pour cela accroître l'effort au cours de la suite du mouvement dans le quart de tour suivant du pédalage,c'est à dire dans le secteur de meilleur rendement et de plus grande efficacité. The test of the cycle equipped with the oval toothed plate (7) paired on the same crank axle with a circular toothed plate (9) also of 32 teeth confirmed by comparison between the two plates a strong decrease of the force at the passage of the TDC pedaling without increasing the effort during the next movement in the next quarter turn of pedaling, ie in the area of better performance and greater efficiency.
Cet essai a fait apparaître un "écrasement" de l'écart entre l'effort maximum et l'effort minimum confirmant ainsi la meilleure répartition attendue de ces efforts. This test showed a "crushing" of the gap between the maximum effort and the minimum effort confirming the best expected distribution of these efforts.
La portion de chaîne(5) engrènée sur le plateau étant d'une longueur constante égale à la demi-périphérie primiti- ve du plateau ovalique(7)le segment de chaîne(5)entre la sor tie de plateau et la roue motrice ne subit aucune variation de longueur et n'entraîne aucune action sur le dérailleur arrière. The chain portion (5) meshing with the plate being of a constant length equal to the original half-periphery of the oval plate (7), the chain segment (5) between the plate outlet and the driving wheel undergoes no variation in length and causes no action on the rear derailleur.
Le plateau ovalique(7)denté satisfait donc bien le besoin ressenti d'utiliser un plateau denté de petit diamètre au passage dans le secteur du P.M.H.du pédalage et d'utiliser ensuite un plateau de plus grand diamètre dans le secteur suivant plus efficace et de meilleur rendement. The toothed oval plate (7) thus satisfies the need to use a small diameter toothed plate as it passes through the area of the pedaling TDC and then to use a larger diameter plate in the next most effective sector and to better performance.
Le résultat obtenu justifie pleinement le principe de la création de plateaux dentés de forme ovalique pour rempla cer les traditionnels plateaux dentés circulaires moins ef ficaces et moins performants en particulier sur les cycles. The result obtained fully justifies the principle of the creation of oval-shaped toothed plates to replace traditional circular toothed plates that are less effective and less efficient, particularly on the cycles.
A l'instar des cycles actuels,plusieurs plateaux ovaliques(7)dentés étagés peuvent être montés sur le même axe de pédalier,en respectant la même orientation entre les grands axes A.A'et entre les petits axes E.E' de l'ovale des plateaux(7) pour faciliter le passage de la chaîne(5) lors de l'utilisation du dérailleur des plateaux ovaliques(7). Like the current cycles, several oval plates (7) serrated teeth can be mounted on the same axis of bottom bracket, respecting the same orientation between the major axes A.A'and between the small axes EE 'of the oval trays (7) to facilitate the passage of the chain (5) when using the derailleur oval plates (7).
La liaison du ou des plateaux ovaliques(7) avec l'axe de pédalier peut être réalisée avec une possibilité de réglage angulaire de l'alignement du petit axe E.E'de l'ovale avec l'alignement de la manivelle(3) d'environ +/- 12 correspondant à +/- une dent dans le but d'adapter la position d'atta que du pédalage à la morphologie de l'utilisateur. The connection of the oval plate (s) (7) with the bottom bracket axis can be realized with a possibility of angular adjustment of the alignment of the minor axis E.E 'of the oval with the alignment of the crank (3) about +/- 12 corresponding to +/- one tooth in order to adapt the pedaling attack position to the morphology of the user.
Indépendamment du nombre souhaité de dents,l'ovalité des plateaux(7)liée à l'écart dimensionnel entre le grand axe A.A'et le petit axe E.E'de l'ovale,peut être déterminée par le rapport choisi de l'écrasement des efforts nécessaires et de leur répartition angulaire dans le pédalage. Regardless of the desired number of teeth, the ovality of the trays (7) related to the dimensional difference between the major axis A.A 'and the minor axis E.E'of the oval, can be determined by the selected ratio of the crushing of the necessary forces and their angular distribution in the pedaling.
Dans la description du tracé de l'ovale,l'égalité des trois segments composant l'axe A.A'.est indicative et non impérative: le segment central 0.O'.peut être différent des segments A.O. et 0.0'.,par contre il est impératif que ce segment reste compris dans la limite de:A.O+O'A'>O.O'> zéro pour que les intersections des deux premiers arcs puissent exister en B et B'qui sont des points conditionnant la possi bilité de continuer la suite du tracé de cette courbe. In the description of the plot of the oval, the equality of the three segments composing the axis A.A'.is indicative and not imperative: the central segment 0.O'.may be different from the segments AO and 0.0 '. on the other hand it is imperative that this segment remains within the limit of: A.O + O'A '> O.O'> zero so that the intersections of the first two arcs can exist in B and B 'which are conditioning points the possibility of continuing the course of this curve.
La dimension accordée au segment O.O'par rapport aux rayons O.A=O'A' permet d'obtenir l'ovalité et les caractéris- tiques dimensionelles de la courbe ovalique souhaitée. The size given to the O.O 'segment with respect to the O.A = O'A' rays makes it possible to obtain the ovality and the dimensional characteristics of the desired oval curve.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse |
Effective date: 20091030 |